PL176635B1

PL176635B1 - Sposób uszczelniania formacji gruntowych

Info

Publication number: PL176635B1
Application number: PL95311118A
Authority: PL
Inventors: Jost-Ulrich Kügler
Original assignee: Kuegler Jost Ulrich
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1999-07-30
Also published as: CZ297295A3; HUT74243A; DE59500337D1; US5624208A; ATE154961T1; EP0667420B1; EP0667420A1; WO1995021966A1; PL311118A1; HU9503260D0; DE4404644C2; AU1707495A; DE4404644A1; DK0667420T3; CZ285044B6

Abstract

1. Sposób uszczelniania formacji gruntowych, przy czym naklada sie mineralna war- stwe uszczelniajaca ze spoistej gleby z dodatkiem sproszkowanego szkla wodnego, a naste- pnie zageszcza te warstwe w sposób mechaniczny, znamienny tym, ze (a) najpierw wytwarza sie jednorodna mieszanine ze spoistego gruntu o zawartosci wody w mokrym obszarze krzywej Proctora z dodatkiem nie zawierajacej glinianu, sprosz- kowanej substancji zelujacej, (b) po rozpuszczeniu substancji zelujacej w wodzie gruntowej wprowadza sie do uzyskania jednorodnej mieszaniny sproszkowane szklo wodne, i (c) na zakonczenie przeprowadza sie zageszczanie mechaniczne. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczelniania formacji gruntowych, przy czym nakłada się mineralną warstwę uszczelniającą ze spoistej gleby z dodatkiem sproszkowanego szkła wodnego, a następnie zagęszcza tę warstwę w sposób mechaniczny.

Tego rodzaju sposób z wykorzystaniem mineralnych warstw uszczelniających z gruntów naturalnych znany jest z DE-C-27 02 787. Użycie sproszkowanego szkła wodnego pozwala poprawić współczynnik przepuszczalności kf mineralnej warstwy uszczelniającej do wartości w przedziale od 3,6 do 1,3 x 1O¹⁰ m/s'¹.

Ponadto z EP-B 338 039 znany jest sposób uszczelniania formacji gruntowych, w którym osad ściekowy lub osad wodny miesza się z 30 do 70% wagowych w odniesieniu do ciężaru suchego osadu, mającej zdolność wchłaniania wody, substancji domieszkowej, uzyskaną sztuczną mieszaninę gleb nakłada na formację gruntową i zagęszcza w sposób mechaniczny. W specjalnej postaci wykonania przewidziano tu dodatek glinianu sodu jako substancji żelującej i sproszkowanego szkła wodnego, przy czym najpierw dodaje się szkło wodne w postaci suchej, a dopiero po rozpuszczeniu szkła wodnego dodaje się w następnej operacji substancję żelującą. Uzyskiwane w tym systemie sztucznej gleby współczynniki przepuszczalności k wynoszą od 5 x 10-10 do 3 _x 10^4lm/s-1.

Opisany w EP-B 338 039 sposób podlega jednak znacznym ograniczeniom z uwagi na to, że wysoka zawartość substancji szkodliwych w osadzie ściekowym oraz zawarte w nim domieszki (jak popiół z elektrowni lub popiół ze spalania śmieci) stwarzają duże zagrożenie dla środowiska. Tak np. użycie tego typu mieszanin osadów ściekowych nie jest z uwagi na wysoką zawartość substancji toksycznych dopuszczone do uszczelnień bazowych, a jedynie do wierzchnich uszczelnień wysypisk. Pomijając te ograniczenia dla określonych gruntów sztucznych, gleby naturalne, jak gleby gliniaste, nadające się najpierw do tego typu uszczelnień i dopuszczone do uszczelnień bazowych, nie wykazują z drugiej strony wystarczająco trwałej zdolności zatrzymywania substancji toksycznych i podlegają dodatkowo zmianom fizykochemicznym, co w dłuższym czasie prowadzi do podwyższenia przepuszczalności. Stało się to dodatkowym powodem rozwoju uszczelnień kombinowanych, w których nad uszczelniającą warstwą gliny przewidziane jest pasmo uszczelniające z tworzywa sztucznego.

Obecnie stwierdzono, że znakomite współczynniki przepuszczalności przy dobrej zdolności zatrzymywania substancji toksycznych można osiągnąć w ramach uszczelniania przy pomocy spoistych gleb pochodzenia naturalnego, jeżeli (a) najpierw wytworzy się jednorodną mieszaninę ze spoistej gleby o zawartości wody w mokrym obszarze krzywej Proctora z dodatkiem sproszkowanej substancji żelującej, (b) po rozpuszczeniu substancji żelującej w wodzie gruntowej rozmiesza się sproszkowane szkło wodne do uzyskania jednorodnej mieszaniny, i (c) na zakończenie przeprowadzi się zagęszczanie mechaniczne.

Powodzenie tego sposobu jest o tyle zaskakujące, że w sposobie według wspomnianego uprzednio EP-B 338 039 stwierdzono wyraźnie, że najpierw należy dodać szkło wodne, a dopiero po rozpuszczeniu szkła wodnego, w ramach następnej operacji, można dodać ciekłą substancję żelującą (akapit 5, wiersze 45-50 i zastrzeżenie patentowe 11).

Przy pomocy zgodnego z wynalazkiem sposobu można, zależnie od wybranego rodzaju gleby, uzyskać współczynniki przepuszczalności z zakresu od k = 5 x 10'¹¹ do ' 1 x 10. Szczególna korzyść polega ponadto na tym, że gotowa warstwa uszczelniająca charakteryzuje się dla wszystkich drobnoziarnistych zwięzłych rodzajów gleb (od iłu pyłowego do gliny) wyjątkowo dużą zdolnością zatrzymywania substancji toksycznych i to zarówno w zakresie substancji nieorganicznych, jak też organicznych. Zdolności te przekraczają znacznie wartości uzyskiwane dla ogólnie uznanych uszczelnień glinianych, co wynika z załączonych rysunków 2 do 6. Ta wysoka zdolność zatrzymywania substancji toksycznych ma bardzo istotne znaczenie pod względem długotrwałej ochrony wód gruntowych przed oddziaływaniem wód, przesączających się z wysypisk. Ponieważ wytwarzane przy użyciu zgodnego z wynalazkiem sposobu warstwy uszczelniające mają zdolności zatrzymywania substancji toksycznych zbliżone do zdolności kosztownych uszczelnień kombinowanych, składających się z taśmy uszczelniającej z tworzywa sztucznego i mineralnej, zawierającej glinę warstwy uszczelniającej, można te uszczelnienia kombinowane zastąpić wytwarzanymi zgodnie z wynalazkiem warstwami uszczelniającymi, co przynosi znaczne oszczędności i korzyści techniczne w zakresie możliwości wytwarzania.

Jako przykłady nadających się do zastosowania zgodnie z wynalazkiem substancji żelujących można wymienić wodorowęglan sodu, octan sodu i wodorofosforan sodu. Wodorowęglan sodu jest zalecany z uwagi na to, że octany i fosforany mogą stwarzać zagrożenie dla środowiska. W niektórych przypadkach jednak stosuje się mieszaniny substancji żelujących.

Substancja żelująca dodawana jest w postaci proszkowej, ogólnie rzecz biorąc w ilości od 1 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości wolnej wody gruntowej, zwykle w ilości od 2 do 8% wagowych, zwłaszcza od 3 do 6% wagowych. Wyrażenie proszkowy oznacza przy tym drobnoziarnistą, suchą postać, obejmuje zatem również kłaczki itp. To samo dotyczy sproszkowanego szkła wodnego.

Sproszkowane szkło wodne stosuje się ogólnie w ilości od 1 do 10% wagowych, zwykle od 2 do 8% wagowych, zwłaszcza od 3 do 6% wagowych, w odniesieniu do ilości wolnej wody gruntowej. Do tego celu nadaje się szkło wodne zarówno sodowe, jak też potasowe. Sodowe szkła wodne zalecane są z uwagi na ich niską cenę. Należy przy tym pamiętać o wysokim stężeniu S1O2 i dobrej rozpuszczalności. Odpowiedni do tego celu produkt rynkowy jest znany pod nazwą Deposil N.

Szkło wodne i substancje żelujące stosowane są w proporcji 2:1 do 1:2. Szczególnie zalecana jest przy tym proporcja około 1:1. Szkło wodne i substancje żelujące oddziałują na

176 635 siebie wzajemnie, ponieważ przy użyciu samego szkła wodnego lub samych substancji żelujących, również w większych ilościach, nie daje się w krótkim czasie uzyskać zaobserwowanych w ramach wynalazku dobrych wartości w zakresie współczynnika przepuszczalności i zdolności zatrzymywania substancji toksycznych.

Przykładem odpowiednich dla zgodnego z wynalazkiem zastosowania, spoistych gruntów są gleby drobnoziarniste i gleby o ziarnie mieszanym według DIN 18196. Należą do nich zgodnie z definicją glina, gleby ilaste, mieszanki piasku i gliny, mieszanki piasku i gleb ilastych, mieszanki żwiru i gliny, mieszanki żwiru i gleb ilastych oraz ich mieszaniny. Może przy tym chodzić o gleby naturalne lub sztuczne.

Stosowane zgodnie z wynalazkiem spoiste gleby należy poddać obróbce z udziałem wody w mokrym zakresie krzywej Proctora i zagęścić. Wartość Proctora leży przy tym w przedziale od 100 do 85%, zwykle od 91 do 97%, przy czym szczególnie zaleca się wartości Proctora z zakresu od 92 do 95%. Te wartości Proctora są określone zgodnie z DEN 18127. Daną glebą napełnia się przy tym cylinder, po czym ubija ze znormalizowaną energią. Zależnie od zawartości wody w glebie uzyskuje się wówczas określone jej zagęszczenie. Na podstawie wyznaczonych gęstości gleby i przypisanych różnym zawartościom wody wartości gęstości otrzymuje się tzw. krzywą Proctora o maksimum gęstości dla określonej zawartości wody i po obu stronach tego maksimum zmniejszające się wartości gęstości dla mniejszych zawartości wody (obszar suchy) ewentualnie większych zawartości wody (obszar mokry). Zgodnie z wynalazkiem stosuje się wyłącznie gleby o zawartości wody z mokrego obszaru krzywej Proctora. Jeżeli zawartość wody w spoistej glebie nie jest wystarczająca, zwiększa się ją poprzez nawodnienie. Z drugiej strony w przypadku zbyt wysokich zawartości wody korzystne może okazać się wstępne przesuszenie, aby w ten sposób doprowadzić zawartość wody do zalecanego obszaru krzywej Proctora. Można to osiągnąć np. poprzez dodanie drobnoziarnistych suchych dodatków, jak pyły lub mączka gliniana.

Jakość uszczelnienia jest zależna również od rozkładu ziarna w glebie. Tak np. gliniasta gleba madowa ma bardziej korzystny rozkład wielkości ziarna niż gliniasta gleba lessowa, ponieważ - przy zachowaniu takich samych pozostałych warunków - gleba madowa pozwala uzyskać lepsze wartości uszczelnienia niż gleba lessowa (por. także zamieszczone poniżej przykłady wykonania). Dlatego też zależnie od parametrów stosowanej gleby wyjściowej korzystne może okazać się ulepszenie rozkładu wielkości ziarna w glebie o stosunkowo równym ziarnie poprzez dodatek suchych domieszek, jak obojętne glinki kaolinowe.

Wartość pH gruntu nie odgrywa przy tym znaczącej roli. Wartość pH gleb naturalnych leży w zakresie od 4 do 9, ogólnie rzecz biorąc nawet 5,5 do 8, dzięki czemu nie jest konieczne podejmowanie szczególnych środków. W przypadku gleb sztucznych może się jednak okazać, w zależności od parametrów użytych dodatków, że uzyskana wartość pH znajdzie się poza wspomnianym przedziałem od 4 do 9. Konieczna jest wówczas odpowiednia korekta wartości pH przy pomocy odpowiednich dodatków o charakterze kwaśnym lub zasadowym.

Podczas realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu w etapie (a) wytwarza się najpierw jednorodną mieszaninę ze spoistej gleby z dodatkiem proszkowej substancji żelującej. Jednorodna oznacza przy tym, że po wymieszaniu w całym materiale istnieje jednakowy rozkład wielkości ziarna i że proszkowa substancja żelująca jest również równomiernie rozłożona w tej mieszaninie. Ma to miejsce wówczas, gdy różnice zawartości wody i składu ziarna w poszczególnych przedziałach ziarnistości gliny, iłu i piasku są nie większe niż około 10%.

Rozpuszczanie substancji żelującej odbywa się w wolnej wodzie gruntowej. Rozpuszczanie trwa wiele godzin, może nawet wymagać całego dnia = 24 godzin. Dla pewności zatem szkło wodne jest dodawane na miejscu prowadzenia robót (etap (b) sposobu) dopiero następnego dnia, w związku z czym można liczyć na dobry rozkład substancji żelującej w mieszaninie gleb. Rozpuszczanie substancji żelującej można jednak przyspieszyć, poddając mieszaninę złożoną ze spoistej gleby i substancji żelującej mechanicznemu zagęszczaniu z jednoczesną wibracją. Do tego celu używa się zwykle walców lub płyt wstrząsowych. W tej postaci wykonania rozpuszczanie substancji żelującej w wolnej wodzie gruntowej można skrócić do 4-6 godzin. Ogólnie rzecz biorąc, ta korzyść w postaci oszczędności czasu przeważa nad negatywną stroną podjęcia dodatkowej operacji, w związku z czym taki sposób pracy jest zalecany w praktyce.

176 635

Kolejna zaleta polega na większej niezależności w stosunku do nie dających się przewidzieć zmian pogodowych.

W celu uzyskania w operacji (a) jednorodnej mieszaniny można postępować w taki sposób, że najpierw ujednorodnia się spoisty grunt, a następnie miesza się z nim substancję żelującą do uzyskania jednorodnej mieszaniny. W przypadku gleb łatwych do homogenizacji jednorodną mieszaninę można uzyskać w ramach jednej operacji.

Ujednorodnianie ewentualnie przemieszanie gleby lub gleby z substancją żelującą można przeprowadzić bezpośrednio w istniejącej warstwie gruntu przy pomocy frezów ziemnych. Zwłaszcza w przypadku źle mieszających się gruntów, np. o dużej spoistości (kohezji) zaleca się mieszanie wymuszone przy użyciu mieszadła.

Po rozpuszczeniu substancji żelującej w wodzie gruntowej następuje jednorodne wymieszanie sproszkowanego szkła wodnego. Mają tu zastosowanie takie same warunki, jakie opisano powyżej dla mieszania substancji żelującej.

Po jednorodnym wymieszaniu szkła wodnego uzyskaną w etapie (b) mieszaninę można w etapie (c) poddać bezpośrednio zagęszczaniu mechanicznemu. Zazwyczaj jednak między etapami (b) i (c) pozostawia się mieszaninę na pewien czas w spoczynku, na np. 1 do 4 godzin, co ma służyć maksymalnemu zwiększeniu reaktywności szkła wodnego.

Opisany wynalazek, mający na celu wytworzenie gruntu uszczelniającego o zdolności zatrzymywania substancji toksycznych, wskazuje również, poprzez zastosowanie w dziedzinie technik uszczelniających, rozwiązania w zakresie zabezpieczania starych zanieczyszczeń. Tak np. zanieczyszczone gleby można wymieszać w sposóbjednorodny z przygotowaną w ten sposób mieszaniną uszczelniającą w stosunku np. 1:3 ewentualnie 1:1 i zagęścić. Tego typu mieszanina wykazuje duże zdolności zatrzymywania substancji toksycznych w razie wycieków.

Jeżeli takie mieszaniny uszczelniające mają znaleźć zastosowanie pod nawierzchniami drogowymi lub przemysłowymi jako podwójne zabezpieczenie przed wyciekami, można wówczas poprzez dodanie cementu poprawić ich nośność bez obawy pogorszenia szczelności, dzięki czemu tak ulepszone mieszaniny można stosować również jako materiały budowlane, np. do wytwarzania warstw nośnych pod drogami i budynkami. Wykorzystując te własności uszczelniające, można zatem groźne dla środowiska pozostałości bezpiecznie przechowywać na neutralnych wysypiskach ewentualnie pozostawiać je na miejscu prowadzenia robót po przeprowadzeniu opisanej wyżej obróbki.

Przedmiot wynalazku opisano poniżej na podstawie przykładów.

W ramach stanu techniki znana jest możliwość, polegająca na wykonywaniu warstw uszczelniających i zawierających glinę gleb ilastych. Pod względem składu gleby ilaste można podzielić na trzy obszary:

1) gleby lessowe (less)

Pod względem rozkładu ziarna chodzi tutaj o ił pyłowy średni do grubego, glebę o dość wyrównanym ziarnie, która zawiera 10 - 20% drobnego piasku i 3 - 9% gliny.

2) ił piaszczysty do silnie piaszczystego (mada)

W tym przypadku chodzi o glebę zawierającą 25 - 60% piasku, mającą w obszarze iłu pyłowego względnie ciągły rozkład wielkości ziarna we wszystkich zakresach od iłu drobnego do grubego oraz różne zawartości gliny od 12 do 20%.

3) błota powodziowe

Są to piaszczyste do drobnopiaszczystych iły pyłowe o zawartości gliny między 16 i 25% oraz piasku od 5 do 20%. Rozkład wielkości ziarna w ile pyłowym ma również charakter ciągły.

Przy wytwarzaniu bazowych warstw uszczelniających gleby lessowe są pod względem techniki robót ziemnych i techniki uszczelniania najtrudniejsze w obróbce, ponieważ wykazują one dużą równomierność ziarna, czego efektem jest znaczna podatność na zmiany plastyczności przy niewielkich wahaniach zawartości wody, a ponadto powstanie w gruncie jednakowej wielkości porów, które nie są wypełniane przez drobniejsze cząstki tego samego rodzaju gruntu. Dlatego też tego typu warstwy gruntu, jeżeli są ulepszane pod względem współczynnika przepuszczalności, należy poddać obróbce z udziałem domieszek, jak mączka gliniana, bentonit lub szkło wodne. Uzyskiwane w wyniku ulepszania współczynniki przepuszczalności tych typów gruntów leżą na poziomie k = 1 x 10¹⁰ m/s’¹.

176 635

Przeprowadzono próby z trzema wspomnianymi wyżej rodzajami gliny, których rozkład wielkości ziarna został przedstawiony na rys. ł.Narys. 1 naniesiono również naturalną zawartość wody w glebie gliniastej. Ta zawartość wody lokuje wspomniane gleby w mokrym zakresie krzywej Proctora, w związku z czym nie wymaga to podejmowania szczególnych środków.

Próbki gleby poddano następującej obróbce:

Najpierw wilgotna gleba o wspomnianej zawartości wody była mieszana w sposób wymuszony tak, że na podstawie optycznej oceny mieszaniny gleb stwierdzono jednorodność mieszaniny pod względem zawartości wody i struktury ziam. Do tej jednorodnej mieszaniny gleb dodano wymienione w tabeli I substancje żelujące w ilości 5% w odniesieniu do wolnej wody gruntowej. Substancje żelujące zostały w drodze wymuszonego mieszania rozprowadzone równomiernie w jednorodnej mieszaninie gleb.

Po rozpuszczeniu substancji żelującej (w próbie laboratoryjnej 5 do 6 godzin) do mieszaniny gleb dodano suchy proszek szkła wodnego (szkło wodne do napylania) o zawartości SiO₂około 60% (sodowe szkło wodne, Deposil N firmy Henkel) w takiej ilości, że w wodzie gruntowej ustalił się 5% roztwór szkła wodnego. Szkło wodne zostało w wyniku intensywnego mieszania - jak uprzednio substancja żelująca - rozprowadzone równomiernie w glebie i po upływie 1 godziny zagęszczone w tyglu Proctora przy użyciu znormalizowanej energii Proctora według DIN.

W wyniku istniejącej zawartości szkła wodnego po doprowadzeniu energii Proctora ustaliła się gęstość Proctora = 39%.

We wstępnych próbach na zagęszczonych próbkach gleby można było wykazać, że opisany powyżej sposób zapewnia równomierny rozkład wody gruntowej oraz substancji żelujących szkła wodnego w wodzie gruntowej.

W trakcie prób zaobserwowano, że ubijanie wymieszanych z substancjami żelującymi próbek gleby i następujące po nim wstrząsanie na stole wstrząsowym przyspieszało proces rozprowadzania w wodzie gruntowej. To samo dotyczyło wprowadzania szkła wodnego.

Zestawienie wyników zamieszczono w tabeli I.

Tabela I

Współczynniki przepuszczalności ulepszonego szkłem wodnym, drobnoziarnistego iłu pyłowego o ziarnie od średniego do grubego, zawartości gliny 8% (gleba lessowa) (5% proszku szkła wodnego i 5% substancji żelujących w odniesieniu do wody gruntowej (19,5%) w zależności od różnych substancji żelujących oraz różnej kolejności dodawania szkła wodnego i substancji żelujących

Substancja żelująca	Próba nr	najpierw szkło wodne, potem substancja żelująca wartość kf [m/s]	Próba nr	najpierw substancja żelująca, potem szkło wodne wartość kf [m/s]
Glinian sodu	1a	3xl0’^1O-4,5x10'1°	1b	7x10‘1^O-9x1O'1^o
Wodorowęglan sodu	2a	9x10'¹⁰- l,5x10’1°	2b	3,5x10· - 8x102
Wodorofosforan sodu	3a	1,3x10-° - 2,3x10-°	3b	4x10' - 9,5x10²
Octan sodu	4a	1,1x10-°- 1,9x10’¹⁰	4b	3,5x10’-9,5x10'12
90% wodorowęglanu sodu/ 10% wodorofosforanu sodu	5a	1,2χ10^1θ-1,8χ10'^1θ	5b	4,5x10' - 9,0x10’12
95% wodorowęglanu sodu/ 5% octanu sodu	6a	1,1x10-°-1,7x10-°	6b	5,8x10' - 9,8x10-2

W próbach 2b do 6b tabeli I chodzi o próby zgodne z wynalazkiem, natomiast próba 1b jest próbą kontrolną. W próbie 1a chodzi o próbę porównawczą w stosunku do stanu techniki według EP-B 338 039, natomiast próby 2a do 6a są próbami kontrolnymi.

Z tabeli widać, że uzyskiwane w zgodnych z wynalazkiem próbach 2b do 6b wartości kf wynoszą przynajmniej 6 x 10'¹¹ i sięgają 8 x 10'¹². W próbie kontrolnej lb wynik jest przynajmniej o jeden rząd wielkości gorszy, podobnie próba porównawcza 1 a według stanu techniki nie przyniosła lepszych rezultatów. Na zakończenie należy stwierdzić, że również próby kontrolne 2a do 6a (porównywać należy każdorazowo odpowiednie próby a i b, tj. 2a z 2b itd.) nie dały

176 635 bez wyjątku wyników lepszych niż 1 x 10'¹⁰. Rezultat ten jest zaskakujący i pokazuje, że znakomite wartości uszczelnienia w zakresie kf= 10’ⁿ do 10⁴²można osiągnąć jedynie w drodze połączenia nie zawierających glinianów substancji żelujących ze zgodnym z wynalazkiem specjalnym sposobem, polegającym na tym, że najpierw dodaje się substancje żelujące, a dopiero potem szkło wodne.

Ponieważ w przypadku gleby lessowej chodzi o glebę o stosunkowo równomiernym ziarnie, w porównaniu z którą mady i gliny powodziowe mają szerszy rozkład wielkości ziarna (por. rys. 1), użycie madów i gliny powodziowej powinno dać w efekcie, przy zachowaniu niezmienionych pozostałych warunków, lepsze współczynniki przepuszczalności (wartości kf). Rzeczywiście znaleziono takie poprawione wartości kf, jak wynika z danych zawartych w tabeli H Warunki prowadzenia prób były dokładnie takie same, jak przy użyciu gleby lessowej (patrz tabela I).

Tabela II

Silnie zapiaszczona gleba ilasta (mada), zawartość wody 17%

Substancja żelująca	Próba nr	najpierw substancja żelująca, potem szkło wodne wartość kf [m/s]
Glinian sodu	lc	4,3x10’1°-9,5x10‘11
Wodorowęglan sodu	2c	2,1x^^‘¹¹-6,2x^^‘12
Wodorofosforan sodu	3c	3,5x10'1¹-7,4x10’12
Octan sodu	4c	2,9x10'ⁿ - 8,8x10'ⁿ
90% wodorowęglanu sodu/10% wodorofosforanu sodu	5c ”	1,2x10'” - 6,5x10’12
95% wodorowęglanu sodu/5% octanu sodu	6c	—

Gleba powodziowa, zawartość wody 23%

Substancja żelująca	Próba nr	najpierw substancja żelująca, potem szkło wodne wartość kf [m/s]
Glinian sodu	1d	1,8x10‘1°-8,8x1011
Wodorowęglan sodu	2d	9,5x10-12 - 4,3x10-12
Wodorofosforan sodu	3d	9,8x10-12 - 6,7x10-12
Octan sodu	4d	9,2x10-12 - 7,4x10'¹²
90% wodorowęglanu sodu/10% wodorofosforanu sodu	5d	1,^10-1-6^10^2
95% wodorowęglanu sodu/5% octanu sodu	6d	8,3x10-11 -4,4x10-12

W wynikach tabeli II chodzi w przypadku prób 1c i 1d o próby kontrolne, które odpowiadają próbie kontrolnej 1b tabeli I. Próby 2c do 5c i 2d do 5d należy porównać z próbami 2b do 5b tabeli I; próbę 6d z próbą 6b z tabeli I (próby 6c nie można było przeprowadzić z powodu awarii urządzenia).

Z tabeli II wynika, że wartości kf uzyskane w przypadku mady i gliny powodziowej są ogólnie nieco lepsze niż uzyskane w przypadku gleby lessowej (tabela I).

Aby określić zdolność zatrzymywania substancji toksycznych wytworzonych zgodnie z tabelą I warstw uszczelniających, badano penetrację sztucznie wytworzonej wody, przesiąkającej z wysypisk, w okresie 6 lat. W tym celu ulepszoną przy pomocy substancji żelującej i szkła wodnego glebę lessową o wartościach kf około 7 do 3 x 10'ⁿ m/s umieszczono w aparatach do badania przepuszczalności (aparaty Triax) i poddawano działaniu sztucznie wytworzonych ścieków wysypiskowych, oznaczonych w raporcie LWA '85 G. Friesicke Deponiersickerwasser - was ist das, was sollte damit geschehen? jako ciecz próbna i = 20.

Skład sztucznie wytworzonych ścieków wysypiskowych został podany w tabeli III. Zwrócono przy tym uwagę na zakres wahań składu, spotykany w rzeczywistych wodach, przesiąkających z wysypisk; tj. użyto 10 różnych rodzajów ścieków, obejmujących podane w tabeli III zakresy.

176 635

Tabela III

Skład sztucznie wytworzonych ścieków wysypiskowych
Wartość pH	4-9
Przewodność	10.000 - 30.000 \|iS/m
Na+	4,0 g/l - 8,0 g/l
Ca++	2,0 g/l - 6,0 g/l
Cl'	2,0 g/l - 10 g/l
Cu²⁺	0,5 mg/l - 20,0 mg/l
Siarczan	1,0 g/l - 3,0 g/l
CSB (chemiczne zapotrzebowanie tlenu)	3 g/l - 9,0 g/l

Wyniki zestawiono na rys. 2 do 6. W porównaniu z tym na rysunkach przedstawiono penetrację substancji toksycznych przez glinianą warstwę uszczelniającą, której wartość kf musi zgodnie z obowiązującymi warunkami dopuszczenia leżeć poniżej 1 x 10'¹⁰ m/s (czas przebywania 6 lat). Chodzi przy tym o uszczelnienie bazowe osiedlowego wysypiska śmieci z bezpośrednim zalaniem wodą przesiąkającą (wysypisko Geldem-Pont).

Z rys. 2 do 6 można wyciągnąć następujące wnioski:

Widać wyraźnie, że w cząstkach gliny stwierdzono znaczne głębokości wnikania substancji toksycznych. Niniejszy wynalazek umożliwia określenie penetracji substancji toksycznych w tym samym przedziale czasowym, co ma istotne znaczenie. Penetracja badanych parametrów - patrz rys. 2-6 - następuje na głębokości do około 2,0 cm, podczas gdy w uszczelnieniach glinianych głębokość wnikania w tym samym czasie wynosi 30 i więcej cm. W związku z tym można założyć, że głębokość wnikania równa 2,0 cm stanowi szerokość linii zerowej, ponieważ strefa ta jest lekko rozmiękczana przez zalewającą wodę i silniej wchłania ścieki z wysypiska. Jeżeli przyjmie się, że uszczelnienie mineralne ma stanowić trwałą barierę dla substancji szkodliwych, wówczas wynalazek, polegający na mineralnym uszczelnieniu z jednoczesną zdolnością zatrzymywania substancji toksycznych, nabiera ogromnego znaczenia.

176 635

Fig. 1

176 635

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu [mg/l] Wyciek

Fig. 2: Stężenia w funkcji głębokości wnikania

1-5 pobrane losowo próbki (h=O,12 m) do stwierdzenia penetracji substancji toksycznych na różnych głębokościach

- mineralny materiał uszczeLniająccyTlina (osiedlowe wysypisko śmieci Geldera-Pont, 6 lat zalewania wodą)

- ulepszona szkłem wodnym z dodatkiem wodorowęglanu sodowego ąako substancji żelującej gleba lessowa (k_t = 2,5x1ο¹¹ m/s, 6 lat zalewania przy użyciu sztucznie wytworzonych ścisków) próbka 1 próbka 2

176 635

Sód [mg/1]

lm|

Fig· 3: Stężenia w funkcji głębokości wnikania

1-5 pobrane losowo próbki (h=0,12 m) do stwierdzenia penetracji substancji toksycznych na różnych głębokościach

- mineralny materiał uszczelniający: glina (osiedlowe wysypisko śmieci Geldem-Pcnt, 6 lat zalewania wodą)

- ulepszona szkłem wodnym z dodatfcLen. wodorowęglanu sodowego jako substancji żelującej gleba lessowa (kf = 2,5x10“ⁿ m/s, 6 lat zalewania przy użyciu sztucznie wytworzonych ścieków) próbka 1 próbka 2

176 635

Chlorek [mg/l] Wyciek

CK
0,02	1
0.1-
0.2-	2
0,3.	3
0,4-	4
0,5-	5
0,6-

20 40 60 80 100

i			T

<		/
k i	/	T
	T
4	i

[ml

Fig. 4: Stężenia w funkcji głębokości wnikania

- mineralny materiał uszczelniający: glina (osiedlowe wysypisko śmieci Geldfern-Pont, 6 lat zalewania wod^)

- ulepszona szkłem wodnym z dodatkiem wodorowęglanu sodowego jako substancji żelującej gleba lessowa (k_f = 2,5x10'^w m/s, 6 lat zalewania przy użyciu sztucznie wytworzonycn ścieków) próbka 1 próbka 2

176 635

Siarczan [mg/l] Wyciek

OK

0,02
o.1 -	1
0.2-	2
0,3 -	3
0,4 -	4
0,5 -	5
0,5 -

Im]

Fig. 5: Stężenia w funkcji głębokości wnikania

1-5 pobrane losowo próbki (h=0,12 m) do stwierdzenia penetracji substancji toksycznych na różnych głębokościach mineralny materiał uszczelniający: glina (osiedlowe wysypisko śmieci Geldem-Pont, 6 lat zalewania wodą) ulepszona szkłem wodnym z dodatkiem wodorowęglanu sodowego jako substancji żelującej gleba lessowa (k; = 2,5xi0^il m/s, 6 lat zalewania przy użyciu sztucznie wytworzonych ścieków) próbka 1 oróbka 2

176 635

Miedź [mg/l]

Wyciek

Fig. 6: Stężenia w funkcji głębokości wnikania

- mineralny materia! uszczelniający: glina (osiedlowe wysypisko śmieci Geldem-Pcnt, 6 lat zalewania wcdą)

- ulepszona szkłem wodnym z dodatkiem wodorowęglanu sodowego jako substancji żelującej gleba lessowa (k_f = 2,5x10'ⁿ m/s, 6 lat zalewania przy użyciu sztucznie wytworzonych ścieków) próbka 1 próbka 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób uszczelniania formacji gruntowych, przy czym nakłada się mineralną warstwę uszczelniającą ze spoistej gleby z dodatkiem sproszkowanego szkła wodnego, a następnie zagęszcza tę warstwę w sposób mechaniczny, znamienny tym, że (a) najpierw wytwarza się jednorodną mieszaninę ze spoistego gruntu o zawartości wody w mokrym obszarze krzywej Proctora z dodatkiem nie zawierającej glinianu, sproszkowanej substancji żelującej, (b) po rozpuszczeniu substancji żelującej w wodzie gruntowej wprowadza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny sproszkowane szkło wodne, i (c) na zakończenie przeprowadza się zagęszczanie mechaniczne.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję żelującą stosuje się wodorowęglan sodu.
3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że stosuje się sproszkowaną substancję żelującą w ilości od 3 do 6% wagowych w odniesieniu do wolnej wody gruntowej.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że substancję żelującą i szkło wodne stosuje się w proporcji wagowej około 1:1.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przyspiesza się rozpuszczanie substancji żelującej przy pomocy zagęszczania mechanicznego z jednoczesną wibracją.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się walec wstrząsowy lub płytę wstrząsową.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę po wprowadzeniu sproszkowanego szkła wodnego w etapie (b) i przed przeprowadzeniem zagęszczania mechanicznego w etapie (c) pozostawia się w spoczynku na 1 - 4 godziny.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się spoistą glebę o zawartości wody w mokrym obszarze od 92 do 95% krzywej Proctora.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sodowe szkło wodne.